入湖三角洲及其水道系统演变规律研究

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入湖三角洲作为一种常见的地貌形态,广泛分布于河流入湖处,是河流演变学和地貌学领域长期关注的重要研究课题。然而,由于入湖三角洲形成条件的特殊性和影响因素的复杂性,使得人们对入湖三角洲及其水道系统演变规律的认识不甚清晰和完善。国内外目前的研究工作主要从入湖三角洲的形态、沉积构造和影响因素等几个方面展开,并已取得诸多有意义的研究成果。然而,对现有研究成果进行总结发现仍然存在一些不足。首先,以往研究很少从挟沙水流特点和冲淤作用过程的角度出发,认识入湖三角洲水道系统形成机理,并对水道系统进行分类;其次,缺乏与现有成熟理论相结合的、针对泥沙以推移质形式运动的入湖三角洲建立的形成演化理论模式;再次,缺乏探究上下游条件和水沙随机性对入湖三角洲及其水道系统演变影响的物理实验研究,以及在特定研究背景下进行的探究入湖三角洲阶段性演变特点的物理实验研究。因此,如何克服现有研究成果中的不足,完善对于入湖三角洲及其水道系统形成演变规律的认识,是需要解决的重要问题。本文针对入湖三角洲及其水道系统演变过程进行了深入的研究,并取得了以下研究成果:
  (1)基于阻力规律,提出了一种使用分类阈值函数对河流形态进行分类的新方法。首先,为充分考虑河流行进过程中所受阻力情况,分别对河流单元段和整体段进行分析;其次,定义河床和河岸活动指标并确定计算式,通过分析,将引入的河流形态参数与河床及河岸活动指标联系起来;最后,通过天然冲积河流数据回归分析得到砂质和砾质河流分类阈值曲线。通过经典数据验证了分类方法的有效性。
  (2)以河流形态分类方法为切入点,考虑了水流含沙对其与床面作用的影响,提出了计算三角洲水道活动指标的方法,并据此对三角洲水道系统进行分类。首先,概括总结浑水极限切应力影响因素,并给出计算式;其次通过对天然水文泥沙资料进行分析,判断影响因素对浑水极限切应力的影响程度;最后通过回归分析得到三角洲水道活动指标计算式。对天然三角洲水道系统进行计算,计算结果与水道分形维度结果一致性较好,通过实验三角洲数据验证了分类方法的正确性。
  (3)基于射流边界层理论,建立了入湖三角洲初始段平面射流理论模式。首先,针对入湖三角洲初始段形成特点,同时考虑了斜坡上的重力作用和底部摩擦作用对三角洲演化的影响,通过量纲分析对基本方程进行合理简化;其次,根据流速分布的相似性利用相似解解法得到流场分布;最后,通过河床演变通用数学模型得到入湖三角洲初始段冲淤变形速率的理论表达式。
  (4)设计完成了不同因素影响下的入湖三角洲及其水道系统演变实验,记录实验现象,以实验数据为基础对比总结单一因素对系统演进的影响。首先,通过总结实验过程中入湖三角洲演变特点,将各工况演变过程分为六个阶段;其次,提出水流流态转变周期计算方法,可以通过几个易得的变量估算流态转变周期,并对水道系统进行分级统计总结其演进规律;再次,通过对比几组实验结果,概括出不同加沙速率和湖水位条件下的入湖三角洲沉积概化模型;最后,通过重复组实验,展现了入湖三角洲形态的随机表达过程,分析了形态随机表达的影响因素。
  (5)以赣江三角洲为研究背景,设计完成探究入湖三角洲阶段性演变规律的物理实验,记录各阶段实验现象,依据实验数据总结水道演进及水沙冲淤的阶段性特点,将其与赣江三角洲年内演化特点进行对比,二者在相应阶段表现出相似的演变规律。首先,根据赣江三角洲来水来沙和鄱阳湖湖水位年内变化特点设计实验工况;其次,记录总结两周期八阶段内入湖三角洲及其水道系统在形成演化过程中的实验现象;再次,对比各阶段水道系统的演进特点,总结水道系统在各阶段内的演进规律;总结对比各阶段内堆积体在纵向、横向和垂向上的生长发育特点及岸线轮廓发展规律;最后通过分析赣江三角洲年内发展变化特征将其年内演化过程分为四个阶段,将实验尺度的三角洲与赣江三角洲演变过程对比分析,二者在相同阶段表现出相似的演变规律。
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